JPH0240480Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は白熱電球を光照射源とする半導体処理
用光照射炉に関するものである。

一般に加熱処理を行うための装置のうち、白熱
電球よりの放射光を被処理物に照射する光照射炉
は、次の如き特長を有する。

(1) 白熱電球自体の熱容量が極めて小さいため、
加熱温度の急速な上昇及び降下が可能である。

(2) 白熱電球に供給する電力を制御することによ
り、加熱温度の制御を容易に行うことが出来
る。

(3) 白熱電球よりの放射光による非接触加熱であ
るので、被処理物を汚染することが少ない。

(4) 始動後の立ち上がり時間が短く、エネルギー
効率が大きいため消費エネルギーが少ない。

(5) 直接通電炉や高周波炉等に比して装置が小型
でコストが低い。

そして光照射炉は、鋼材等の熱処理及び乾燥、
プラスチツク成型、熱特性試験装置等に利用され
ている。特に最近においては、半導体の製造にお
ける加熱が必要とされる工程、例えば不純物拡散
工程、化学的気相成長工程、イオン打ち込み層の
結晶欠陥の回復工程、電気的活性化のための熱処
理工程、更にはシリコンウエハーの表層を窒化若
しくは酸化せしめるための熱処理工程を遂行する
場合の加熱炉として、従来から用いられている電
気炉、高周波炉等に代つて、光照射炉の利用が検
討されている。これは、半導体処理用光照射炉に
おいては、被処理物を汚染し或いは電気的に悪影
響を与えることが少ないこと、消費電力が小さい
こと等のほか、従来の加熱炉では大面積の半導体
ウエハー（以下ウエハー）を均一に加熱すること
ができず、最近におけるウエハーの大面積化に対
応することが出来ないからである。

以上のように光照射炉は種々の特徴を有し、広
く産業界において用いられているが、被処理物の
種類によつてはその加熱温度および加熱時間が厳
密に規制されたものであることが要求されるた
め、各被処理物を同一の条件で均一に加熱処理す
ることが必要となる。

例えば最近、ウエハーへの不純物の導入方法と
して、不純物濃度や接合の深さを精密に制御しう
ることから、不純物をイオン状にして加速してウ
エハーに打ち込むイオン注入法が使用されてきて
いる。しかしこのイオン注入法においては、注入
後約1000℃またはそれ以上にウエハーを加熱処理
する必要がある。その場合、注入された不純物の
深さ方向の濃度分布が熱拡散により変化しないよ
うに短時間で正確に加熱処理しなければならな
い。また、生産性を向上させるためにもウエハー
の急速加熱、急速冷却が要請されている。しかし
ながら、ウエハー、例えば、単結晶シリコンを数
秒以内で1000℃以上に加熱すると、ウエハーの外
周近傍と中央部との昇温差、つまり不均一昇温の
ために「スリツプライン」といわれる損傷が生ず
ることが分かつた。すなわち、ウエハーの厚さは
普通0.5mm前後程度と非常に薄く、厚さ方向の温
度分布は、時間的には10^-3秒の桁の程度で緩和さ
れるので、実用的にはウエハー面上の温度分布さ
え均一にしてやればスリツプラインのような損傷
は防止できるわけであるが、ウエハーの表面を均
一な照射エネルギー密度で光照射すると、どうし
ても、ウエハー外周近傍からの熱放散が、中央部
の熱放散より大きいので、外周近傍温度は中心部
温度より低くなり、スリツプラインが発生する。

このために、加熱器とは別にリンゴ状の副加熱
器を設け、これでウエハーの外周近傍を中心部よ
り高いエネルギー密度で照射し、外周近傍からの
大きな熱放散を補償して実質上均一な温度にする
事が考えられる。しかし副加熱器を設けると構造
が複雑となり、また、加熱器と副加熱器をそれぞ
れ制御する必要があるため操作も複雑となる問題
点がある。

また、一般的に云つて、前述のとおり、光照射
炉は被処理物を汚染することが少ない利点を有す
るが、それでも炉内の構造によつては被処理物を
少しは汚染することがあり、とりわけ半導体処理
用光照射炉の場合は、ウエハーを絶対に汚染しな
いようにしなければならない。

そこで本考案は簡単な構造で薄板状のウエハー
の表面温度を均一に加熱できるとともにウエハー
を汚染することのない半導体処理用光照射炉を提
供することを目的とし、この目的は、ウエハーを
光照射で加熱する加熱器と、加熱器とウエハー間
に介在されるフロスト加工された石英ガラスから
なる熱拡散用フイルターとを備え、この熱拡散用
フイルターによりウエハーの中心部の受ける熱エ
ネルギー密度を変化させ、これによりウエハーの
表面温度を実質上均一とすることを特徴とする半
導体処理用光照射炉により達成される。

以下に図面により本考案の実施例を具体的に説
明する。

炉体１の天井内面には反射板２を介して加熱器
３が配設されている。この加熱器３は定格2KW
の棒状のハロゲンランプを平面状に近接して並べ
て面光源としたものであり、石英製の支持台４に
支持されたウエハー５に赤外線を含む光を照射し
て加熱する。そして、ウエハー５はホウ素をイオ
ン注入した直径が４インチの単結晶シリコンであ
る。

ここで加熱器３とウエハー５との間には石英ガ
ラスからなる熱拡散用フイルター６が介在してい
る。この熱拡散用フイルター６の透過率は第２図
の曲線Ａに示す如くであるが、熱拡散用フイルタ
ー６の中心部はフロストされており、このため透
過率が周辺部に比べて低くなつており、ウエハー
５の外周近傍に相当する部分から徐々にフロスト
が薄くなつて透過率は同心円状に上昇し、周辺部
は透明になつている。従つて、このフイルター６
を通過する熱エネルギー密度は第２図の曲線Ｂに
示す如くとなり、ウエハー５の外周部が受ける熱
エネルギー密度は中心部より大きくなる。この結
果、点灯してから６秒後のウエハー５の中心部の
表面温度が1300℃に対して外周部は1280℃まで上
昇し、外周部は中心部に比べて幾分低いものの実
質上は同一となり、スリツプラインのような損傷
は全く生じることなくウエハー５を加熱処理でき
る。なお、第２図の曲線Ｃはウエハー５の表面温
度が実質上均一となる様子を示し、曲線C′は従来
の熱拡散用フイルター６を介在させない場合の表
面温度を示し、外周部は1020℃までしか上昇せず
スリツプラインのような損傷が認められた。

次に第３図は他の実施例を示すが、熱拡散用フ
イルター６の透過率が一定であり、これをウエハ
ー５の中心部の上部にのみ介在させたものであ
る。直径４インチのウエハー５の場合には、例え
ば直径３インチの熱拡散用フイルター６を使用す
れば外周部の受ける熱エネルギー密度が中心部に
比べて大きくなり表面温度を実質上均一とするこ
とができる。そして、加熱器５とウエハー６の間
に介在させた熱拡散用フイルター６が石英ガラス
よりなるので、この熱拡散用フイルター６によつ
てウエハー５が汚染されることは全くない。

以上説明した様に、本考案は加熱器とウエハー
との間に石英ガラスよりなる熱拡散用フイルター
を介在させ、中心部の受ける熱エネルギー密度を
変化させるようにしたので、非常に簡単な構造で
ウエハーの表面温度を容易に均一とすることがで
き、更にはウエハーを汚染する恐れのない半導体
処理用光照射炉とすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案実施例の断面図、第２図は特性
曲線図、第３図は他の実施例の要部の断面図であ
る。 １……炉体、２……反射板、３……加熱器、５
……ウエハー、６……熱拡散用フイルター、Ａ…
…透過率、Ｂ……照射熱エネルギー密度、Ｃ……
表面温度。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 半導体ウエハーを光照射で加熱する加熱器と、
   加熱器と半導体ウエハー間に介在されるフロスト
   加工された石英ガラスからなる熱拡散用フイルタ
   ーとを備え、この熱拡散用フイルターにより半導
   体ウエハーの中心部の受ける熱エネルギー密度を
   変化させ、半導体ウエハーの表面温度を実質上均
   一とすることを特徴とする半導体処理用光照射
   炉。